Click here to load reader

SEMINAR TUGAS AKHIR - · PDF fileDiagram Blok Sistem Closed-loop dan Open-loop (Seshagiri dkk, 2009) DIAGRAM BLOK METODE ... Dengan hukum kesetimbangan, sistem tangki separator tiga

  • View
    228

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of SEMINAR TUGAS AKHIR - · PDF fileDiagram Blok Sistem Closed-loop dan Open-loop (Seshagiri dkk,...

1

SEMINAR TUGAS AKHIR

PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN LEVEL MINYAK PADA SEPARATOR (PV 9900) PT. JOB PERTAMINA-PETROCHINA TUBAN DENGAN TUNING PARAMETER KONTROLER PROPORTIONAL INTEGRAL (PI) MENGGUNAKAN METODE DIRECT SYNTHESIS

Oleh :Muhammad Syauqi

NRP : 2404 100 081Pembimbing:Suyanto, ST., MT.

2

LATAR BELAKANG

Respon level minyak pada Separator (PV9900) sangat fluktuatif dan tidak dapatmencapai kondisi steady stateERROR = 1,38% dari set point

Tuning dilakukan sesuai panduan dariVendor dan atau secara trial error ketikaada perubahan sesuai pengetahuanoperator.

3

PERMASALAHAN

Bagaimana merancang sistem pengendalian level(ketinggian) minyak pada separator (PV 9900) diPT. JOB Pertamina-Petrochina Tuban Jawa Timurdengan tuning parameter kontroler ProportionalIntegral (PI) menggunakan metode DirectSynthesis?

4

Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah merancangsistem pengendalian level (ketinggian) minyakpada separator (PV 9900) di PT. JOBPertamina-Petrochina Tuban Jawa Timurdengan tuning parameter kontroler ProportionalIntegral (PI) menggunakan metode DirectSynthesis.

5

Gambar 1. P&ID Separator Tiga Fasa (Nunes. Dkk, 2007)

TEORI PENUNJANG I

6

Penelitian Sebelumnya I

Chan Sul Jung, Hyung keun Song dan Jae Chun Hyun tahun 1999 telah melakukan penelitian pada sistem bio-reactor yang tidak stabil (fungsi transfer proses seperti di bawah) dengan menerapkan direct synthesis sebagai metode tuning dan dibandingkan dengan IMC (internal mode control) dan manual observasi. Hasilnya performansi kontrol direct synthesis paling handal.

Model Fungsi Transfer Plant yang dipakai dalam penelitian Chan, dkk.

7

Gambar 3. Perbandingan Performansi Kontrol (Chan. dkk, 1999)

HASIL KAJIAN CHAN, DKK TAHUN 1999

Penelitian Sebelumnya II

Dalam sistem kontrol level pada kolomdestilasi (Seshagiri, 2009). Hasilnyamenunjukkan bahwa metode DirectSynthesis lebih unggul dari pada metodeSmith Predictor yang diusulkan oleh(Hang, CC dkk, 2004), decoupling controloleh (Liu. dkk, 2004), dan metode analisaaturan-aturan untuk mereduksi model dantuning PID oleh (Skogestad, 2003).

8

9

Perbandingan Respon Kontrol antara yang diusulkan Seshagiri, dkk dengan Liu, dkk, dan Lu, dkk ( Seshagiri dkk, 2009)

HASIL PENELITIAN SESHAGIRI DKK TAHUN 2009

10

Metode Direct Synthesis

Metode Direct Synthesis (DS) adalah merancang danmen-tuning untuk mendapatkan parameter controllerdengan menghubungkan korelasi parameter plantmelalui sistem closed-loop (Willis, 1999). Targetnya,bentuk karakteristik respon output plant diharapkansama dengan model desain.

Tujuanya untuk mendapatkan gain atau desain controller,sehingga metode ini seolah-olah mempunyai internalmodel dan respon output plant yang dapat di-trajectoryoleh model desain dari sebuah controller (Seshagiri dkk,2009).

11

Gambar 4. Diagram Blok Sistem Closed-loop dan Open-loop (Seshagiri dkk, 2009)

DIAGRAM BLOK METODE DIRECT SYNTHESIS

12

Model Matematis Direct Synthesis

)()()(1

)()()()(1

)()()( sD

sGsGsGsR

sGsGsGsG

sYcp

d

cp

cp

++

+=

)()(1)()(

)()(

sGsGsGsG

sRsY

cp

cp

+=

=

)()(1

)()(

)(1)(

sRsY

sRsY

sGsG

pc

Y(s)/R(s)Gm(s )

Maka:

=)(1

)()(

1)(sG

sGsG

sGm

m

pc

13

FLOW CHART PENELITIAN

Tidak

Ya

Tidak

Tidak

Ya

Ya

Pengujian

Analisa

Kesimpulan

Mulai

Selesai

Sesuai Kriteria

Pengambilan Data Lapangan

Pemodelan Matematis Plant

Perancangan Sistem Pengendalian Level Minyak pada Separator (PV 9900) dengan Kontroler Proportional

Integral (PI) Direct Synthesis

Validasi

Validasi

Tuning Parameter Kontroler Proportional Integral (PI) Menggunakan Metode Direct Synthesis

Tabel 1. Data Parameter Proses pada Separator (PV 9900)

__

inQ

Variabel Prosespada Separator (PV 9900)

Nilai Proses

621 m3/h

275 m3/h

298 m3/h

48 m3/h

826,5 kg/m3

dan 903 kPa dan 317 kPa

0.825

104

2,21 m

__

inQ__

omQ__

ogQ__

oaQ

m__

1mP__

2 mP

mSG

mCv__

mh

Model Plant Separator (PV 9900)

Model matematis plant pada tangki separator dibuat dengan asumsi bahwa:

Pendekatan bangun ruang separator didekati dengan pendekatan bentuk kotak atau balok.

Tekanan dan suhu dianggap konstan. Laju aliran masuk (inlet) pada separator (PV 9900)

dianggap konstan. Level air pada separator (PV 9900) tidak dikontrol

karena prosentase volumenya yang sangat kecil sekitar 0,75 % dari volume minyak.

Dinamika ketinggian atau level air dalam tangki separator dianggap konstan.

Laju aliran keluar untuk air dan gas konstan.

15

Proses Pemodelan Matematik

Persamaan Laju Aliran

(Fisher, 2001)

= Koofisien control valve = Perubahan prosentase open dari valve dengan

range (0 - 100%), dalam satuan waktu.= Pressure Upstream ( kPa)= Pressure Downstream ( kPa)= Spesifik Grafity= Massa jenis minyak (kg/m3)= Kecepatan gravitasi (m/s2)

= Perubahan tinggi fluida minyak dalam tangki dalamsatuan waktu (m)

16

m

mom SG

PtghPtCvVptQ 21 )(7,11

)()( +=

mCv)(tVp

1P2P

mSGm

)(thg

HUKUM KESETIMBANGAN

Dengan hukum kesetimbangan, sistem tangki separator tiga fasa dapat didekati dengan

Rate of volumetric Rate of volumetric = Accumulation into the tank out of the tank volumetric in the tank

Atau secara matematis dapat dimodelkan dengan persamaan:

Dengan Qin = flow (aliran) fluida yang masuk ke tangki (m3/h).Qoot = flow (aliran) fluida yang keluar dari tangki (m3/h).

= dinamika volume yang terakumulasi dalam tangki.

Karena fluida yang keluar dari tangki separator terdiri dari tiga macam fluida yaitu minyak, air dan gas alam, maka ;

17

)()( tQtQdtdhA outin =

dtdhA

)()()()( tQtQtQtQdtdhA ogoaomin =

Linierisasi Deret Taylor & Tranformasi Laplace

Sehingga fungsi transfer level menjadi;

18

))((),()(______

mmm

mmom VptVpVpfhVpftQ

= ))((__

mmm

hthhf

+

( ) ( ) )(10415,0298,0)(

10415,000124,0)( sVp

ssQ

ssH minm +

+

=

( ) ( ) ( ) )(10415,000124,0)(

10415,000124,0

10415,000124,0 __ sQ

ssQ

sh

s ogoam +

+

++

Diagram Blok Level pada Plant

Separator (PV 9900)

19

Model Referensi

Sehingga Gain controller menjadi

Diagram Blok Model referensi

20

11)(+

=s

sGm

m

=)(1

)()()(

1)(sG

sGsGsG

sGm

m

cvpc

ssGsGsG

mcvpc

1)()(

1)( =

1Out1

1

0.004s+1Model Referensi

1In1

Perancangan Kontroler dan Tuning Parameter dengan Metode Direct Synthesis

21

Langkah-langkah untuk merancang tipe kontroler dan tuning parameter-parameternya adalah:

(1)

....(2)

.(3)

Persamaan (1) dan (2) disubtitusikan ke persamaan (3) sehinggamenjadi;

.(4)

( ) 10415,0298,0

1)( 2

+=

+=

ssK

sGp

p

1004,01

11)(

+=

+=

sssG

mm

=)(1

)()(

1)(sG

sGsG

sGm

m

pc

+=

ss

KsG

mpc

1)1(1)(2

22

(5)

Dengan Kp sebagai gain proporsional dan Ki sebagai gain integral nilaituningnya adalah sebagai berikut:

Dan

Gambar Diagram Blok Kontroler PI Direct Synthesis

+=

sKKsG ipc

1)(

-34,810,004*0,0415

0,298- =2

==m

pp K

K

92,8380,004*0,0415

1-=1

2

==m

i KK

1Out1

-34.81

Kp1

-838.92

Ki1

1s

Integrator1

1 In1

23

Pengujian dan Analisa

Gambar 4.1 Grafik Data Riil Tranding Level Minyakpada Separator (PV 9900) (JOB-PPEJ, 2011) 24

2.1900

2.1950

2.2000

2.2050

2.2100

2.2150

2.2200

2.2250

2.2300

2.2350

2.2400

02:0

004

:00

6:00

8:00

10:0

012

:00

14:0

016

:00

18:0

020

:00

22:0

000

:00

Oil

Leve

l (m

eter

)

Waktu (jam)

SP

VP Riil

Tranding Level Minyak Separator (PV 9900)

VALIDASI MODEL PLANT

25

Grafik Respon transien Level Hasil Pemodelan dengan Nilai Parameter Kp

dan Ki sama dengan Riil Plant

PERBANDINGAN RESPON TRANSIEN RIIL PLANT DENGANMODEL YANG DIBANGUN.

Waktu (Jam)Respon

Transien Riil(meter)

ResponTransien

Model (meter)

Error(%)

02:00 2.2179 2.2098 0,3604:00 2.2089 2.2096 0,036:00 2.2062 2.2089 0,128:00 2.2188 2.2084 0,47

10:00 2.2269 2.2095 0,7812:00 2.2233 2.2098 0,614:00 2.2368 2.2093